JP2010010574A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device whose incline of the semiconductor element and position of the semiconductor element for a heat spreader are easily and inexpensively controlled and its manufacturing method. <P>SOLUTION: On a heat spreader 13, in order to an unnecessary expansion of a melted solder, a solder dam 25 for shutting a flow of a melted solder so as to surround a circumference of the semiconductor element 11 protrudes with respect to the surface of the heat spreader 13. A surrounding area 251 among the solder dam 25, which faces to a surrounding portion positioned between each corner portion of four corner portions of the rectangular semiconductor element 11, is formed in parallel to the surrounding portion so as to go along near the surrounding portion of the semiconductor 11. The corner portion area 252 among the solder dam 25, which faces to the corner portion of the semiconductor element 11, is formed apart from the corner of the semiconductor element 11, and a part of the solder (melted solder) forms a solder accumulated portion P to expand outside each corner portion of the semiconductor element 11. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体素子を用いた半導体装置およびその製造方法に関するものであり、特にパワー半導体素子を用いた半導体装置にあって、パワー半導体素子下にヒートスプレッダを設けた半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device using a semiconductor element and a method for manufacturing the same, and more particularly to a semiconductor device using a power semiconductor element and a semiconductor device in which a heat spreader is provided under the power semiconductor element and a method for manufacturing the same.

近年、ハイブリッド車や電気自動車に代表されるCO削減の環境対策技術でパワーエレクトロニクス技術が注目されている。自動車にとどまらず、モータ駆動を利用する移動体や補助ロボットなど多様な分野で電動制御用パワーエレクトロニクス技術が必要となっている。これら移動体用途では、エレクトロニクスモジュールの小形・軽量化が必要不可欠であり、パワーモジュール化技術はその目的を達成する有用な技術となっている。 In recent years, power electronics technology has attracted attention as an environmental countermeasure technology for CO 2 reduction represented by hybrid vehicles and electric vehicles. Power electronics technology for electric control is required not only in automobiles but also in various fields such as mobile objects that use motor drive and auxiliary robots. In these mobile applications, it is indispensable to reduce the size and weight of the electronic module, and the power module technology is a useful technology for achieving the purpose.

パワーモジュール化技術では、小形・軽量化を達成するために搭載する複数の半導体チップ(半導体素子)からの熱を効率良く外部に逃がす構造設計が必要となっている。このため、半導体チップの直下に、放熱性の高いブロック状の金属部材等から形成されるヒートスプレッダを敷き、ヒートスプレッダ付きの半導体チップを回路基板上に実装することが行われている。また、このヒートスプレッダと半導体チップは、やはり放熱性を阻害しないようにはんだ材料による金属接合が一般に行われている。   Power module technology requires a structural design that efficiently releases heat from a plurality of semiconductor chips (semiconductor elements) to be mounted in order to achieve miniaturization and weight reduction. For this reason, a heat spreader formed of a block-like metal member having a high heat dissipation property is laid directly under the semiconductor chip, and the semiconductor chip with the heat spreader is mounted on a circuit board. Further, the heat spreader and the semiconductor chip are generally metal-bonded with a solder material so as not to disturb the heat dissipation.

ここで、はんだを用いて半導体チップとヒートスプレッダを接合する従来方法として、はんだ箔を半導体チップの位置決め用冶具に置き、水素雰囲気下のリフロー炉中ではんだ箔を溶融、固化するはんだ箔を用いた接合方法や、はんだダイボンダーなどの自動機を用いてはんだリボンを供給しながら半導体チップを定位置にスクラブボンドする接合方法などが、個別半導体部品の製造に使われている。   Here, as a conventional method of joining the semiconductor chip and the heat spreader using solder, the solder foil is placed on a semiconductor chip positioning jig, and the solder foil is used to melt and solidify the solder foil in a reflow furnace in a hydrogen atmosphere. Joining methods and joining methods in which a semiconductor chip is scrub bonded in place while supplying a solder ribbon using an automatic machine such as a solder die bonder are used for manufacturing individual semiconductor components.

しかし、カスタム設計の多い半導体装置の製造では、多様なチップ種類への対応が必要であり、よりフレキシブルで安価な製造方法が求められていた。そこで、発明者は、フレキシブルな製造方法としてより広く実装に利用されているクリームはんだによる半導体チップの実装に早くから取り組み、その応用を図ってきた。   However, in the manufacture of semiconductor devices with many custom designs, it is necessary to deal with various chip types, and a more flexible and inexpensive manufacturing method has been demanded. Therefore, the inventor has been working on the application of semiconductor chips with cream solder, which is widely used for mounting as a flexible manufacturing method, and has attempted to apply it.

クリームはんだ法は簡便で安価な製造を提供できる反面、上記したはんだ箔やはんだダイボンダーを用いた接合方法に比べて実装精度に劣る欠点を有していた。その原因としては以下の点が挙げられる。(i)クリームはんだはメタルマスクを使って印刷することで供給されるが、メタルマスクの精度やクリームはんだの粒子径、および印刷時の印刷条件によってはんだ量が大きくばらつくことが挙げられる。また、(ii)はんだ箔を用いた方法や、はんだリボンを使った自動機による方法では、はんだ中にフラックスを含有させる必要がないのに対し、クリームはんだ法では、はんだにフラックスを含有させる必要がある。このため、はんだ溶融時にフラックスが気化飛散して、はんだ自体が流動または揺動することが挙げられる。上記(i),(ii)の結果、半導体チップの位置ずれや傾きなどを生じさせ、半導体チップの電極と、回路基板等の外部装置とを結線するワイヤーボンデイングに支障をきたし、ひいては半導体チップにダメージを与える場合があった。   The cream solder method can provide simple and inexpensive production, but has a disadvantage that the mounting accuracy is inferior to the joining method using the above-described solder foil or solder die bonder. The cause is as follows. (i) Although cream solder is supplied by printing using a metal mask, the amount of solder varies greatly depending on the accuracy of the metal mask, the particle diameter of the cream solder, and the printing conditions during printing. In addition, (ii) the solder foil method and the automatic machine method using a solder ribbon do not require flux to be contained in the solder, whereas the cream solder method requires the solder to contain flux. There is. For this reason, the flux is vaporized and scattered when the solder is melted, and the solder itself flows or swings. As a result of the above (i) and (ii), the position and inclination of the semiconductor chip are caused, which hinders wire bonding for connecting the electrodes of the semiconductor chip and an external device such as a circuit board. There was a case where damage was done.

また、半導体装置の信頼性において当該はんだ接続部は重要な要素となっている。ヒートスプレッダに対する半導体チップの位置やはんだの厚みはヒートスプレッダへの熱伝導性を左右するため重要であることに加え、はんだ厚みは半導体チップとヒートスプレッダの熱膨張係数の違いによる熱応力を吸収する役割もあるため、その厚み管理は信頼性寿命を確保するために重要な要素となっている。   In addition, the solder connection portion is an important factor in the reliability of the semiconductor device. The position of the semiconductor chip relative to the heat spreader and the thickness of the solder are important because they affect the thermal conductivity to the heat spreader. In addition, the solder thickness also plays a role in absorbing thermal stress due to the difference in the thermal expansion coefficient between the semiconductor chip and the heat spreader. Therefore, the thickness management is an important factor for ensuring a reliable life.

そこで、従来より、はんだの厚みを一定にする工夫がなされている。例えば、特許文献1に記載の半導体素子搭載用基板では、半導体素子をマウントする基板上に、半導体素子を支えるための支持台(突起部)を設けて半導体素子の傾きを防止している。また、特許文献2に記載のチップ実装構造では、ベアチップに設けたバンプと干渉しない位置に、バンプよりも融点が高い材料で形成されたスペーサを設けてバンプ溶融時におけるベアチップの傾きを防止している。さらに、特許文献3に記載の半導体装置では、半導体チップの上面主電極の周囲を取り囲んで主電極面より背高なダム形状のはんだレジスト層を形成した上で主電極に金属部品をはんだ接合することで、溶融はんだの不要な広がりを防止している。   Therefore, conventionally, a device for making the thickness of the solder constant has been made. For example, in the semiconductor element mounting substrate described in Patent Document 1, a support base (protrusion) for supporting the semiconductor element is provided on the substrate on which the semiconductor element is mounted to prevent the inclination of the semiconductor element. Further, in the chip mounting structure described in Patent Document 2, a spacer formed of a material having a melting point higher than that of the bump is provided at a position that does not interfere with the bump provided on the bare chip to prevent the inclination of the bare chip when the bump is melted. Yes. Furthermore, in the semiconductor device described in Patent Document 3, a dam-shaped solder resist layer that surrounds the periphery of the upper surface main electrode of the semiconductor chip and is taller than the main electrode surface is formed, and then a metal component is soldered to the main electrode. This prevents unnecessary spread of the molten solder.

特開平9−260429号公報JP-A-9-260429 実開平4−127649号公報Japanese Utility Model Publication No. 4-127649 特開2006−278441号公報JP 2006-278441 A

しかしながら、特許文献1、2に記載される技術のように、突起部やスペーサを設けて半導体素子の傾きを防止する場合には、突起部やスペーサの高さ方向における寸法精度が直接に半導体素子の傾きに影響する。そのため、突起部やスペーサの加工には極めて高い加工精度が要求される。また、このような厳格な加工精度の要求は、コストアップの要因ともなる。よって、簡易かつ安価に半導体素子の傾きを防止する観点からみると現実的な対応ではなかった。さらに、これら特許文献1、2に記載される技術では、たとえ半導体素子の傾きを防止することができても、ヒートスプレッダに対する半導体素子の位置を制御することはできなかった。   However, when the protrusions and spacers are provided to prevent the inclination of the semiconductor element as in the techniques described in Patent Documents 1 and 2, the dimensional accuracy in the height direction of the protrusions and spacers is directly measured by the semiconductor element. Affects the slope of Therefore, extremely high processing accuracy is required for processing the protrusions and spacers. In addition, such a demand for strict processing accuracy also causes an increase in cost. Therefore, from the viewpoint of preventing the tilt of the semiconductor element simply and inexpensively, it is not a realistic response. Furthermore, with the techniques described in Patent Documents 1 and 2, even if the inclination of the semiconductor element can be prevented, the position of the semiconductor element relative to the heat spreader cannot be controlled.

また、特許文献3に記載の技術によれば、簡易かつ安価にはんだの不要な広がりを防止して所要厚さのはんだ層を形成することができるが、半導体素子の傾きおよびヒートスプレッダに対する半導体素子の位置を十分に制御することはできなかった。その結果、半導体素子と外部装置との結線に支障をきたしたり、半導体素子にダメージを与えるおそれがあった。   Further, according to the technique described in Patent Document 3, a solder layer having a required thickness can be formed easily and inexpensively by preventing unnecessary spread of solder. The position could not be fully controlled. As a result, the connection between the semiconductor element and the external device may be hindered, or the semiconductor element may be damaged.

この発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、半導体素子の傾きおよびヒートスプレッダに対する半導体素子の位置を、簡易かつ安価に制御することができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of easily and inexpensively controlling the inclination of the semiconductor element and the position of the semiconductor element with respect to the heat spreader, and a method for manufacturing the same. .

この発明は、ヒートスプレッダと、該ヒートスプレッダ上にはんだで接続される矩形状の半導体素子とを備えた半導体装置であって、上記目的を達成するため、ヒートスプレッダ上で、半導体素子の周囲を取り囲むようにヒートスプレッダ表面に対して突設された、溶融したはんだの流れを堰き止めるはんだダムをさらに備え、はんだダムのうち、半導体素子の4隅部の各隅部の間に位置する辺部に面する辺部領域が半導体素子の辺部の近傍に沿うように該辺部に対して平行に形成され、半導体素子の隅部に面する隅部領域が半導体素子の隅部から離れて形成され、半導体素子の各隅部外方に、互いに同一形状のはんだ溜り部を形成したことを特徴としている。   The present invention provides a semiconductor device including a heat spreader and a rectangular semiconductor element connected to the heat spreader by solder so as to surround the periphery of the semiconductor element on the heat spreader. A solder dam protruding from the surface of the heat spreader for blocking the flow of molten solder, and a side facing a side located between each of the four corners of the semiconductor element among the solder dams The semiconductor region is formed in parallel to the side of the semiconductor element so as to be along the vicinity of the side of the semiconductor element, and the corner region facing the corner of the semiconductor element is formed away from the corner of the semiconductor element. It is characterized in that solder reservoirs having the same shape are formed outside each corner.

このように構成された発明では、はんだダムがヒートスプレッダ上で、半導体素子の周囲を取り囲むようにヒートスプレッダ表面に対して突設され、溶融したはんだの流れを堰き止める。これにより、はんだの不要な広がりを防止してはんだの厚みを一定にすることができる。しかも、はんだダムのうち、半導体素子の4隅部の各隅部の間に位置する辺部に面する辺部領域が半導体素子の辺部の近傍に沿うように該辺部に対して平行に形成され、半導体素子の隅部に面する隅部領域が半導体素子の隅部から離れて形成され、半導体素子の各隅部外方に、互いに同一形状のはんだ溜り部を形成している。このため、はんだ溜り部に存在する溶融したはんだの表面張力により、半導体素子の4隅部の各々が外方に向けて引っ張られ、ヒートスプレッダに対する半導体素子の自己位置が補正される(以下「はんだによる半導体素子のセルフアライメント作用」という)。ここで、各はんだ溜り部は互いに同一形状に形成されていることから半導体素子が均等に引っ張られ、半導体素子を所望の搭載位置に位置決めするように半導体素子の自己位置が補正される。また、このように半導体素子のセルフアライメント作用が発揮されることで、半導体素子の傾きも補正される。   In the invention configured as described above, the solder dam protrudes from the surface of the heat spreader so as to surround the periphery of the semiconductor element on the heat spreader, thereby blocking the flow of the molten solder. Thereby, the unnecessary spread of the solder can be prevented and the thickness of the solder can be made constant. Moreover, in the solder dam, the side region facing the side located between each of the four corners of the semiconductor element is parallel to the side so that the side of the side is near the side of the semiconductor element. The formed corner regions facing the corners of the semiconductor element are formed away from the corners of the semiconductor element, and solder reservoirs having the same shape are formed outside the corners of the semiconductor element. For this reason, due to the surface tension of the molten solder existing in the solder reservoir, each of the four corners of the semiconductor element is pulled outward, and the self-position of the semiconductor element with respect to the heat spreader is corrected (hereinafter referred to as “due to solder”). "Self-alignment action of semiconductor elements"). Here, since the respective solder reservoirs are formed in the same shape, the semiconductor element is pulled evenly, and the self-position of the semiconductor element is corrected so as to position the semiconductor element at a desired mounting position. Moreover, the tilt of the semiconductor element is also corrected by exhibiting the self-alignment action of the semiconductor element in this way.

さらに、上記したはんだダムによれば、はんだによる半導体素子のセルフアライメント作用により半導体素子の傾きと位置を補正しているため、はんだダムの形状が直接に半導体素子の傾きと位置に影響することがない。すなわち、突起部やスペーサのように、高さ方向における寸法に厳格な精度が要求されることはなく、簡易かつ安価に半導体素子の傾きとともに位置を補正することができる。したがって、この発明によれば、半導体素子の傾きおよびヒートスプレッダに対する半導体素子の位置を、簡易かつ安価に制御することができる。   Furthermore, according to the solder dam described above, since the inclination and position of the semiconductor element are corrected by the self-alignment action of the semiconductor element by solder, the shape of the solder dam may directly affect the inclination and position of the semiconductor element. Absent. That is, unlike the protrusions and spacers, strict accuracy is not required for the dimension in the height direction, and the position can be corrected together with the inclination of the semiconductor element easily and inexpensively. Therefore, according to the present invention, the inclination of the semiconductor element and the position of the semiconductor element relative to the heat spreader can be controlled easily and inexpensively.

ここで、はんだダムの辺部領域における半導体素子の外縁からはんだダムまでの距離(以下「辺部距離」という)を0〜0.2mmに設定する一方、はんだダムの隅部領域における半導体素子の頂点から外方に該頂点を通る対角線方向に伸びる直線とはんだダムが交わる点までの距離(以下「隅部距離」という)を1〜3mmに設定するのが好ましい。上記のように辺部距離を設定することで、ヒートスプレッダに対する半導体素子の位置ずれを防止することができる一方、上記のように隅部距離を設定することで、はんだによる半導体素子のセルフアライメント作用を好適に発揮させることができる。   Here, the distance from the outer edge of the semiconductor element to the solder dam (hereinafter referred to as “side distance”) in the side region of the solder dam is set to 0 to 0.2 mm, while the semiconductor element in the corner region of the solder dam is set. It is preferable to set the distance (hereinafter referred to as “corner distance”) from the vertex to the point where the straight line extending in the diagonal direction passing through the vertex and the solder dam intersect (hereinafter referred to as “corner distance”) is 1 to 3 mm. By setting the side distance as described above, the semiconductor element can be prevented from being displaced with respect to the heat spreader.On the other hand, by setting the corner distance as described above, the self-alignment action of the semiconductor element by the solder can be achieved. It can be suitably exhibited.

さらに、半導体素子の傾きを防止する観点からは、後述するはんだの毛管長(約2.3mm)で規定されるはんだの周縁部には半導体素子が搭載されないようにすることが好ましい。そこで、隅部距離については、2mm以上であることがさらに好ましい。   Further, from the viewpoint of preventing the inclination of the semiconductor element, it is preferable that the semiconductor element is not mounted on the peripheral edge portion of the solder defined by the later-described solder capillary length (about 2.3 mm). Therefore, the corner distance is more preferably 2 mm or more.

また、はんだ溜り部が大きくなりすぎると、はんだダムの辺部領域による半導体素子の位置ずれ防止作用が好適に発揮できない状態になり、半導体素子の位置ずれ(特に回転による位置ずれ)が発生するおそれが高まる。このため、はんだによる半導体素子のセルフアライメント作用を発揮させながらも、半導体素子の位置ずれを確実に防止する観点からは、半導体素子の一辺の長さをLとしたとき、はんだダムの辺部領域の長さをL/2以上とし、残余を隅部領域とすることが好ましい。   Moreover, if the solder pool becomes too large, the semiconductor element misalignment preventing action due to the side region of the solder dam may not be exhibited, and the misalignment of the semiconductor element (particularly misalignment due to rotation) may occur. Will increase. For this reason, from the viewpoint of reliably preventing misalignment of the semiconductor element while exhibiting the self-alignment action of the semiconductor element by the solder, when the length of one side of the semiconductor element is L, the side region of the solder dam It is preferable that the length of L is not less than L / 2 and the remainder is a corner region.

また、この発明は、上記目的を達成するため、ヒートスプレッダ上に搭載する矩形状の半導体素子を準備する準備工程と、ヒートスプレッダ上で、半導体素子の搭載位置の周囲を取り囲むように樹脂材を塗布してはんだダムを形成するダム形成工程と、はんだダムの内側にはんだを印刷するはんだ印刷工程と、印刷されたはんだ上に半導体素子を搭載する素子搭載工程と、はんだダムによりはんだの流れを堰き止めつつはんだを溶融、固化して半導体素子をヒートスプレッダにはんだ付けするはんだ付け工程とを備え、ダム形成工程では、はんだダムのうち、半導体素子の4隅部の各隅部の間に位置する辺部に面する辺部領域が半導体素子の辺部の近傍に沿うように該辺部に対して平行に形成され、半導体素子の隅部に面する隅部領域が半導体素子の隅部から離れ半導体素子の各隅部外方に、互いに同一形状のはんだ溜り部が形成されるように、はんだダムを形成することを特徴としている。   In order to achieve the above object, the present invention provides a preparation process for preparing a rectangular semiconductor element to be mounted on a heat spreader, and a resin material is applied on the heat spreader so as to surround the periphery of the mounting position of the semiconductor element. The dam formation process for forming solder dams, the solder printing process for printing solder inside the solder dams, the element mounting process for mounting semiconductor elements on the printed solder, and the solder dam blocking the flow of solder A soldering step of melting and solidifying the solder and soldering the semiconductor element to the heat spreader, and in the dam forming step, the side portions located between the four corners of the semiconductor element in the solder dam The side region facing the semiconductor element is formed parallel to the side of the semiconductor element so that the corner region facing the corner of the semiconductor element is a semiconductor. Each corner outer sides of the semiconductor device away from the corners of the element, as the solder reservoir having the same shape with each other are formed, are characterized by forming a solder dam.

このように構成された発明では、ヒートスプレッダ上で、半導体素子の搭載位置の周囲を取り囲むように樹脂材を塗布してはんだダムが形成される(ダム形成工程)。そして、はんだダムの内側にはんだが印刷され(はんだ印刷工程)、印刷されたはんだ上に半導体素子が搭載された後(素子搭載工程)、はんだダムによりはんだの流れを堰き止めつつはんだが溶融、固化されて半導体素子がヒートスプレッダにはんだ付けされる(はんだ付け工程)。ここで、ダム形成工程では、はんだダムのうち、半導体素子の4隅部の各隅部の間に位置する辺部に面する辺部領域が半導体素子の辺部の近傍に沿うように該辺部に対して平行に形成され、半導体素子の隅部に面する隅部領域が半導体素子の隅部から離れ半導体素子の各隅部外方に、互いに同一形状のはんだ溜り部が形成されるように、はんだダムが形成される。このため、はんだ付け工程にて、はんだによる半導体素子のセルフアライメント作用が発揮され、半導体素子の傾きと位置が補正される。しかも、上記したはんだダムによれば、はんだダムの形状が直接に半導体素子の傾きと位置に影響することがない。すなわち、突起部やスペーサのように、高さ方向における寸法に厳格な精度が要求されることはなく、簡易かつ安価に半導体素子の傾きとともに位置を補正することができる。したがって、この発明によれば、半導体素子の傾きおよびヒートスプレッダに対する半導体素子の位置を簡易かつ安価に制御することができる。   In the invention configured as described above, a solder dam is formed by applying a resin material so as to surround the periphery of the mounting position of the semiconductor element on the heat spreader (dam forming step). After solder is printed on the inside of the solder dam (solder printing process) and the semiconductor element is mounted on the printed solder (element mounting process), the solder melts while blocking the solder flow by the solder dam. The semiconductor element is solidified and soldered to the heat spreader (soldering process). Here, in the dam formation step, the side of the solder dam that faces the side located between the four corners of the semiconductor element is arranged along the vicinity of the side of the semiconductor element. So that the corner regions facing the corners of the semiconductor element are separated from the corners of the semiconductor element and solder reservoirs having the same shape are formed outside the corners of the semiconductor element. In addition, a solder dam is formed. For this reason, in the soldering process, the self-alignment action of the semiconductor element by the solder is exhibited, and the inclination and the position of the semiconductor element are corrected. Moreover, according to the solder dam described above, the shape of the solder dam does not directly affect the tilt and position of the semiconductor element. That is, unlike the protrusions and spacers, strict accuracy is not required for the dimension in the height direction, and the position can be corrected together with the inclination of the semiconductor element easily and inexpensively. Therefore, according to the present invention, the inclination of the semiconductor element and the position of the semiconductor element relative to the heat spreader can be controlled easily and inexpensively.

ここで、はんだダムを簡易かつ安価に形成する観点からは、樹脂材として熱硬化性レジストをヒートスプレッダ上に印刷し(レジスト印刷工程)、熱硬化性レジストを加熱硬化させる(熱硬化工程)のが好ましい。   Here, from the viewpoint of forming solder dams easily and inexpensively, a thermosetting resist is printed as a resin material on a heat spreader (resist printing process), and the thermosetting resist is heated and cured (thermosetting process). preferable.

また、レジスト印刷工程では、インクジェット法を用いて20〜100μmの線幅で熱硬化性レジストを印刷するのが好ましい。この方法によれば、所望の位置、形状にはんだダムを容易に形成することができる。しかも、熱硬化性レジストの線幅を20〜100μmに設定することで、無駄なく、安定してはんだダムを形成することができる。すなわち、線幅を20μm以上とすることで熱硬化性レジストを途切れず、安定して形成するとともに、線幅を100μm以下とすることで、材料(レジスト材)の無駄を省き、ランニングコストの低減を図ることができる。   In the resist printing step, it is preferable to print the thermosetting resist with a line width of 20 to 100 μm using an inkjet method. According to this method, the solder dam can be easily formed at a desired position and shape. Moreover, by setting the line width of the thermosetting resist to 20 to 100 μm, the solder dam can be stably formed without waste. That is, when the line width is 20 μm or more, the thermosetting resist is stably formed without interruption, and by reducing the line width to 100 μm or less, waste of material (resist material) is eliminated and the running cost is reduced. Can be achieved.

本発明によれば、半導体素子の傾きおよびヒートスプレッダに対する半導体素子の位置を、簡易かつ安価に制御することができる。   According to the present invention, the inclination of the semiconductor element and the position of the semiconductor element with respect to the heat spreader can be controlled easily and inexpensively.

図1はこの発明にかかる半導体装置の一実施形態を示す図である。この半導体装置1は、パワー半導体チップなどの半導体素子11と、該半導体素子11からの熱を拡散させるヒートスプレッダ13と、半導体素子11の電極とボンディングワイヤ21で接続された金属製の回路基板15とを備える。ヒートスプレッダ13は、放熱性を考慮してブロック状の金属部材で形成されている。   FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of a semiconductor device according to the present invention. The semiconductor device 1 includes a semiconductor element 11 such as a power semiconductor chip, a heat spreader 13 that diffuses heat from the semiconductor element 11, a metal circuit board 15 that is connected to an electrode of the semiconductor element 11 and a bonding wire 21. Is provided. The heat spreader 13 is formed of a block-shaped metal member in consideration of heat dissipation.

半導体素子11とヒートスプレッダ13、およびヒートスプレッダ13と回路基板15とは放熱性を阻害しないようにそれぞれ、はんだ23、24を用いて金属接合される。ヒートスプレッダ13上には、溶融したはんだの不要な広がりを防止するために、半導体素子11の周囲を取り囲むように溶融したはんだの流れを堰き止めるはんだダム25がヒートスプレッダ13の表面に対して突設されている。なお、回路基板15上の全ての構成部材はトランスファーモールド法やポッティング法などにより樹脂27で封止されている。   The semiconductor element 11 and the heat spreader 13, and the heat spreader 13 and the circuit board 15 are metal-bonded using solders 23 and 24, respectively, so as not to disturb the heat dissipation. On the heat spreader 13, a solder dam 25 for blocking the flow of the molten solder so as to surround the periphery of the semiconductor element 11 protrudes from the surface of the heat spreader 13 in order to prevent unnecessary spread of the molten solder. ing. Note that all the constituent members on the circuit board 15 are sealed with a resin 27 by a transfer molding method, a potting method, or the like.

図2は図1の半導体素子の要部を示す部分構成図である。より詳しくは、図2(a)は平面図であり、図2(b)は同図(a)のA−A’断面図である。図2(a)に示すように、はんだダム25のうち、矩形状(平面視で正方形または長方形)の半導体素子11の4隅部の各隅部の間に位置する辺部に面する辺部領域251が半導体素子11の辺部の近傍に沿うように該辺部に対して平行に形成されている。また、はんだダム25のうち、半導体素子11の隅部に面する隅部領域252が半導体素子11の隅部から離れて形成されている。すなわち、隅部領域252は、辺部領域251に比べて半導体素子11の外縁から離間して設けられている。このため、半導体素子11とヒートスプレッダ13とを接合するはんだ(溶融したはんだ)の一部が半導体素子11の各隅部外方に広がるように、はんだ溜り部Pを形成する。半導体素子11の各隅部外方に形成されたはんだ溜り部Pは互いに同一形状となっている。この実施形態では、各はんだ溜り部Pが略円形となるように形成している。   FIG. 2 is a partial configuration diagram showing a main part of the semiconductor element of FIG. More specifically, FIG. 2A is a plan view, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line A-A ′ of FIG. As shown in FIG. 2A, the side of the solder dam 25 facing the side located between the four corners of the rectangular (square or rectangular in plan view) semiconductor element 11. The region 251 is formed in parallel with the side portion so as to follow the vicinity of the side portion of the semiconductor element 11. Further, in the solder dam 25, a corner region 252 facing the corner of the semiconductor element 11 is formed away from the corner of the semiconductor element 11. That is, the corner region 252 is provided farther from the outer edge of the semiconductor element 11 than the side region 251. For this reason, the solder reservoir P is formed so that a part of the solder (molten solder) that joins the semiconductor element 11 and the heat spreader 13 spreads outward from each corner of the semiconductor element 11. The solder reservoirs P formed outside the corners of the semiconductor element 11 have the same shape. In this embodiment, each solder reservoir P is formed in a substantially circular shape.

このようにはんだダム25が形成されることによって、はんだ溜り部Pに存在する溶融したはんだ23の表面張力により、半導体素子11が4隅部の各々が外方に向けて均等に引っ張られ、ヒートスプレッダ13に対する半導体素子11の自己位置が補正される。さらに、このようなはんだによる半導体素子11のセルフアライメント作用により、半導体素子11の傾きも補正される。   By forming the solder dam 25 in this way, the semiconductor element 11 is evenly pulled outward at each of the four corners by the surface tension of the molten solder 23 existing in the solder reservoir P, and the heat spreader The self-position of the semiconductor element 11 with respect to 13 is corrected. Furthermore, the inclination of the semiconductor element 11 is also corrected by the self-alignment action of the semiconductor element 11 by such solder.

この実施形態では、半導体素子11として、例えば2〜20mm角のサイズのパワー半導体チップが用いられる。そして、このような半導体素子11に対して、以下に示す寸法ではんだダム25が形成される。すなわち、この実施形態では、辺部領域251における半導体素子11の外縁からはんだダム25までの距離(辺部距離)D1は0〜0.2mmに設定される一方、隅部領域252における半導体素子11の頂点から外方に該頂点を通る対角線方向に伸びる直線Sとはんだダム25が交わる点までの距離(隅部距離)D2は1〜3mmに設定されている。上記のように辺部距離D1が設定されることで、ヒートスプレッダ13に対する半導体素子11の位置ずれを防止することができる一方、上記のように隅部距離D2が設定されることで、はんだ23による半導体素子11のセルフアライメント作用を好適に発揮させることができる。   In this embodiment, a power semiconductor chip having a size of 2 to 20 mm square, for example, is used as the semiconductor element 11. And the solder dam 25 is formed with the dimension shown below with respect to such a semiconductor element 11. That is, in this embodiment, the distance (side distance) D1 from the outer edge of the semiconductor element 11 in the side region 251 to the solder dam 25 is set to 0 to 0.2 mm, while the semiconductor element 11 in the corner region 252 is set. The distance (corner distance) D2 to the point where the straight line S extending in the diagonal direction passing through the apex and the solder dam 25 intersects from the apex is set to 1 to 3 mm. By setting the side distance D1 as described above, it is possible to prevent the positional deviation of the semiconductor element 11 with respect to the heat spreader 13, while by setting the corner distance D2 as described above, the solder 23 The self-alignment effect of the semiconductor element 11 can be suitably exhibited.

図3に隅部距離と半導体素子の傾きとの関係を示す。より具体的には、図3は、隅部距離D2を0、1、2、3(mm)と変化させたときの半導体素子11の傾きを計測した実験結果を示す。図4は半導体素子の傾きを説明するための図である。図4から明らかなように、半導体素子11の傾きは、ヒートスプレッダ13の表面(上面)に対する半導体素子11のはんだ接合面(下面)の角度を表す。ここで、図4では、半導体素子11の傾きを説明するため、実際に比較して傾き度合いを誇張して描いている。なお、辺部距離D1は0.2(mm)として一定値に設定している。   FIG. 3 shows the relationship between the corner distance and the inclination of the semiconductor element. More specifically, FIG. 3 shows an experimental result of measuring the inclination of the semiconductor element 11 when the corner distance D2 is changed to 0, 1, 2, 3 (mm). FIG. 4 is a diagram for explaining the inclination of the semiconductor element. As is clear from FIG. 4, the inclination of the semiconductor element 11 represents the angle of the solder joint surface (lower surface) of the semiconductor element 11 with respect to the surface (upper surface) of the heat spreader 13. Here, in FIG. 4, in order to explain the inclination of the semiconductor element 11, the inclination degree is exaggerated in comparison with the actual one. The side distance D1 is set to a constant value as 0.2 (mm).

図3から明らかなように、隅部距離D2を1〜3(mm)とすることにより、はんだ溜り部Pを設けない場合に比較して半導体素子11の傾きが抑制されていることが分かる。より詳しくは、隅部距離D2を1〜3(mm)とすることにより、半導体素子11の傾きを上限規格値(1.0deg.)の範囲内に収めることができる。特に、隅部距離を2(mm)以上にすることで、半導体素子11の傾きが0.4(mm)内に抑えられていることが分かる。隅部距離を2(mm)以上にすることで半導体素子11の傾きが抑制されることについてははんだの毛管長に関する以下の考察からも裏付けられる。   As can be seen from FIG. 3, by setting the corner distance D <b> 2 to 1 to 3 (mm), the inclination of the semiconductor element 11 is suppressed as compared with the case where the solder pool portion P is not provided. More specifically, by setting the corner distance D2 to 1 to 3 (mm), the inclination of the semiconductor element 11 can be kept within the range of the upper limit standard value (1.0 deg.). In particular, it can be seen that the inclination of the semiconductor element 11 is suppressed within 0.4 (mm) by setting the corner distance to 2 (mm) or more. The fact that the inclination of the semiconductor element 11 is suppressed by setting the corner distance to 2 (mm) or more is supported by the following consideration regarding the capillary length of the solder.

図5ははんだの毛管長を説明するための図である。毛管長は次のように定義される。すなわち、滴(はんだ滴)が大きくなると、滴の中央部では表面張力より重力の影響が主となるため、滴の表面は水平になる。このとき、滴の周縁部において表面張力の影響が現れる周辺距離(水平方向において滴の外縁から内方に重力で平坦化した領域に至るまでの距離)が毛管長とされる。ここで、はんだの毛管長κは、以下のように計算される。ここで、λは表面張力、ρは密度、gは重力加速度である。   FIG. 5 is a view for explaining the capillary length of the solder. The capillary length is defined as follows. That is, when the droplet (solder droplet) becomes large, the influence of gravity is more dominant than the surface tension at the central portion of the droplet, so the surface of the droplet becomes horizontal. At this time, the peripheral distance (the distance from the outer edge of the drop in the horizontal direction to the area flattened by gravity in the horizontal direction) where the influence of the surface tension appears at the peripheral edge of the drop is defined as the capillary length. Here, the capillary length κ of the solder is calculated as follows. Here, λ is the surface tension, ρ is the density, and g is the gravitational acceleration.

Figure 2010010574
Figure 2010010574

上記式(1)に、はんだの表面張力λ=0.45(N/m)、はんだの密度ρ=8890(kg/m)、重力加速度g=9.8(m/s)を代入して、はんだの毛管長κを求めると、約2.3mmとなる。よって、隅部距離D2を2mm以上とすることで、はんだが平坦化した領域に半導体素子11を搭載することが可能になる。これにより、はんだによる半導体素子11のセルフアライメント作用を発揮させながらも、半導体素子11の傾き確実に防止することができる。 Substituting the solder surface tension λ = 0.45 (N / m), the solder density ρ = 8890 (kg / m 3 ), and the gravitational acceleration g = 9.8 (m / s 2 ) into the above formula (1). Then, when the capillary length κ of the solder is obtained, it is about 2.3 mm. Therefore, by setting the corner distance D2 to 2 mm or more, the semiconductor element 11 can be mounted in a region where the solder is flattened. Thereby, the inclination of the semiconductor element 11 can be reliably prevented while exhibiting the self-alignment action of the semiconductor element 11 by the solder.

なお、はんだ溜り部Pが大きくなりすぎると、はんだダム25の辺部領域251による半導体素子11の位置ずれ防止作用が好適に発揮できない状態になる。その結果、半導体素子11の位置ずれ(特に回転による位置ずれ)が発生するおそれが高まる。このため、はんだによる半導体素子11のセルフアライメント作用を発揮させながらも、半導体素子11の位置ずれを確実に防止する観点からは、はんだダム25の辺部領域251と隅部領域252とを次のように設定することが好ましい。すなわち、半導体素子11の一辺の長さをLとしたとき、はんだダムの辺部領域251の長さをL/2以上とし、残余を隅部領域252とすることが好ましい。   Note that if the solder pool portion P becomes too large, the semiconductor element 11 is not properly prevented from being displaced by the side region 251 of the solder dam 25. As a result, there is an increased risk of misalignment of the semiconductor element 11 (particularly misalignment due to rotation). For this reason, from the viewpoint of reliably preventing misalignment of the semiconductor element 11 while exerting the self-alignment action of the semiconductor element 11 by solder, the side region 251 and the corner region 252 of the solder dam 25 are It is preferable to set so. That is, when the length of one side of the semiconductor element 11 is L, it is preferable that the length of the side region 251 of the solder dam is L / 2 or more and the remainder is the corner region 252.

次に、図1の半導体装置の製造方法について図6を参照しつつ説明する。先ず、ヒートスプレッダ13と半導体素子11とを準備する(準備工程;ステップS1)。そして、ヒートスプレッダ13上に、半導体素子11の搭載位置の周囲を取り囲むように熱硬化性レジスト(樹脂材)を塗布する(レジスト印刷工程;ステップS2−1)。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 1 will be described with reference to FIG. First, the heat spreader 13 and the semiconductor element 11 are prepared (preparation process; step S1). And the thermosetting resist (resin material) is apply | coated on the heat spreader 13 so that the circumference | surroundings of the mounting position of the semiconductor element 11 may be surrounded (resist printing process; step S2-1).

ここで、熱硬化性レジストの塗布方法としてシルクスクリーンなどの接触印刷法を用いることができるが、高精度にはんだダム25を形成する観点からは、インクジェット法を用いて20〜100μmの線幅で熱硬化性レジストを印刷するのが好ましい。この方法によれば、所望の位置、形状にはんだダム25を容易に形成することができる。しかも、熱硬化性レジストの線幅を20〜100μmに設定することで、無駄なく、安定してはんだダム25を形成することができる。すなわち、線幅を20μm以上とすることで熱硬化性レジストを途切れず、安定して形成するとともに、線幅が100μmを超えてもはんだを溜める効果に差がないことから線幅を100μm以下とすることで、材料(レジスト材)の無駄を省き、ランニングコストの低減を図ることができる。また、熱硬化性レジストは、図2に示すように、隅部領域252が辺部領域251に比べて半導体素子11の搭載位置から離れて形成される。   Here, a contact printing method such as a silk screen can be used as a method for applying the thermosetting resist. From the viewpoint of forming the solder dam 25 with high accuracy, a line width of 20 to 100 μm using an ink jet method is used. It is preferable to print a thermosetting resist. According to this method, the solder dam 25 can be easily formed at a desired position and shape. Moreover, by setting the line width of the thermosetting resist to 20 to 100 μm, the solder dam 25 can be stably formed without waste. That is, when the line width is 20 μm or more, the thermosetting resist is not interrupted and is stably formed, and even if the line width exceeds 100 μm, there is no difference in the effect of accumulating solder, so the line width is 100 μm or less. By doing so, waste of material (resist material) can be omitted, and running cost can be reduced. Further, as shown in FIG. 2, the thermosetting resist is formed such that the corner region 252 is farther from the mounting position of the semiconductor element 11 than the side region 251.

その後、熱硬化性レジストを加熱硬化(加熱温度:150℃、加熱時間:1h)させる(熱硬化工程;ステップS2−2)。これにより、半導体素子11の搭載位置の周囲を取り囲むように、かつ半導体素子11の各隅部外方にはんだ溜り部Pが形成される(ダム形成工程)。続いて、ヒートスプレッダ13上にクリームはんだを印刷する(はんだ印刷;ステップS3)。クリームはんだは、はんだダム25の内側に印刷される。すなわち半導体素子11の搭載位置のみならず、半導体素子11の各隅部外方に形成されたはんだ溜り部Pにもクリームはんだが印刷される。そして、半導体素子11を印刷されたクリームはんだ上に搭載する(素子搭載工程;ステップS4)。その後、半導体素子11とヒートスプレッダ13とをリフローはんだ付け(加熱温度:250℃、加熱時間:20s)する(はんだ付け工程;ステップS5)。   Thereafter, the thermosetting resist is cured by heating (heating temperature: 150 ° C., heating time: 1 h) (thermosetting step; step S2-2). As a result, solder reservoirs P are formed so as to surround the periphery of the mounting position of the semiconductor element 11 and outside each corner of the semiconductor element 11 (dam formation step). Subsequently, cream solder is printed on the heat spreader 13 (solder printing; step S3). Cream solder is printed inside the solder dam 25. That is, the cream solder is printed not only on the mounting position of the semiconductor element 11 but also on the solder reservoir P formed outside each corner of the semiconductor element 11. Then, the semiconductor element 11 is mounted on the printed cream solder (element mounting step; step S4). Thereafter, the semiconductor element 11 and the heat spreader 13 are reflow soldered (heating temperature: 250 ° C., heating time: 20 s) (soldering step; step S5).

このとき、はんだダム25により溶融したはんだの流れが堰き止められ、はんだの不要な広がりを防止してはんだの厚みが一定となる。しかも、半導体素子11の各隅部外方に、互いに同一形状のはんだ溜り部Pを形成しているので、各はんだ溜り部Pに存在する溶融したはんだの表面張力により、半導体素子の4隅部の各々が外方に向けて均等に引っ張られ、半導体素子11を所望の搭載位置に位置決めするように半導体素子11の自己位置が補正されるとともに、半導体素子11の傾きも補正される。そして、このようなはんだによる半導体素子11のセルフアライメント作用を発揮させつつ、半導体素子11とヒートスプレッダ13とがはんだ接合される。つまり、はんだが固化する。こうして、ヒートスプレッダ付き半導体素子が完成する。   At this time, the flow of the melted solder is blocked by the solder dam 25, so that unnecessary spread of the solder is prevented and the thickness of the solder becomes constant. In addition, since the solder reservoir portions P having the same shape are formed outside the corner portions of the semiconductor element 11, the four corner portions of the semiconductor element are caused by the surface tension of the molten solder existing in each solder reservoir portion P. Are uniformly pulled outward, so that the self-position of the semiconductor element 11 is corrected so that the semiconductor element 11 is positioned at a desired mounting position, and the inclination of the semiconductor element 11 is also corrected. The semiconductor element 11 and the heat spreader 13 are soldered together while exhibiting the self-alignment action of the semiconductor element 11 by such solder. That is, the solder is solidified. Thus, a semiconductor element with a heat spreader is completed.

次に、上記のように作成したヒートスプレッダ付き半導体素子を回路基板15に実装する。先ず、回路基板15を準備する(ステップS11)。回路基板15としては、例えば熱伝導性の良好な、アルミニウムをベースとした金属基板が用いられる。そして、準備した回路基板15上にクリームはんだを印刷する(ステップS12)。続いて、印刷されたクリームはんだ上にヒートスプレッダ付き半導体素子を搭載する(ステップS13)。通常、回路基板15上に複数のヒートスプレッダ付き半導体素子が搭載される。その後、ヒートスプレッダ付き半導体素子と回路基板15とをリフローはんだ付け(加熱温度:250℃、加熱時間:20s)する(ステップS14)。   Next, the semiconductor element with a heat spreader created as described above is mounted on the circuit board 15. First, the circuit board 15 is prepared (step S11). As the circuit board 15, for example, a metal board with good thermal conductivity and based on aluminum is used. And cream solder is printed on the prepared circuit board 15 (step S12). Subsequently, a semiconductor element with a heat spreader is mounted on the printed cream solder (step S13). Usually, a plurality of semiconductor elements with heat spreaders are mounted on the circuit board 15. Thereafter, the semiconductor element with the heat spreader and the circuit board 15 are reflow soldered (heating temperature: 250 ° C., heating time: 20 s) (step S14).

次に、半導体素子11の電極と回路基板15とをボンディングワイヤ21で結線する(ステップS15)。最後に、回路基板15上の構成部材を保護するために、トランスファーモールド法やポッティング法などにより封止樹脂27により樹脂封止する(ステップS16)。こうして、半導体装置1が完成する。   Next, the electrode of the semiconductor element 11 and the circuit board 15 are connected by the bonding wire 21 (step S15). Finally, in order to protect the constituent members on the circuit board 15, resin sealing is performed with a sealing resin 27 by a transfer molding method, a potting method, or the like (step S16). Thus, the semiconductor device 1 is completed.

以上のように、この実施形態によれば、はんだダム25のうち、辺部領域251が半導体素子11の辺部の近傍に沿うように該辺部に対して平行に形成され、隅部領域252が半導体素子11の隅部から離れ半導体素子11の各隅部外方に、互いに同一形状のはんだ溜り部Pが形成されるように、はんだダム25を形成している。このため、はんだによる半導体素子11のセルフアライメント作用が発揮され、半導体素子11の傾きと位置が補正される。しかも、上記したはんだダム25によれば、突起部やスペーサのように、高さ方向における寸法に厳格な精度が要求されることはなく、簡易かつ安価に半導体素子11の傾きとともに位置を補正することができる。したがって、半導体素子11の傾きおよびヒートスプレッダ13に対する半導体素子11の位置を簡易かつ安価に制御することができる。   As described above, according to this embodiment, in the solder dam 25, the side region 251 is formed in parallel to the side portion along the vicinity of the side portion of the semiconductor element 11, and the corner region 252. The solder dam 25 is formed so that the solder reservoirs P having the same shape are formed outside the corners of the semiconductor element 11 and outside the corners of the semiconductor element 11. For this reason, the self-alignment effect | action of the semiconductor element 11 by solder is exhibited, and the inclination and position of the semiconductor element 11 are correct | amended. Moreover, according to the solder dam 25 described above, strict accuracy is not required for the dimension in the height direction unlike the protrusions and spacers, and the position is corrected with the inclination of the semiconductor element 11 easily and inexpensively. be able to. Therefore, the inclination of the semiconductor element 11 and the position of the semiconductor element 11 relative to the heat spreader 13 can be controlled easily and inexpensively.

また、上記のようにして半導体素子11の傾きを防止することは、半導体素子11とヒートスプレッダ13との間のはんだ厚みが均一に形成されるたことを意味する。仮にはんだ厚みが小さすぎる場合には、熱応力ではんだにクラックが入りやすく、信頼性寿命が短くなることが知られている。一方、はんだ厚みが厚すぎる場合には、はんだ部分での熱抵抗が増加して、パワー耐量は低くなり、やはり信頼性に悪影響を及ぼす。したがって、上記したはんだによる半導体素子11のセルフアライメント作用による、はんだ厚みの均等化技術によれば、簡便で信頼性の高い半導体装置およびその製造方法を提供することができる。   Further, preventing the inclination of the semiconductor element 11 as described above means that the solder thickness between the semiconductor element 11 and the heat spreader 13 is formed uniformly. It is known that if the solder thickness is too small, the solder is likely to crack due to thermal stress and the reliability life is shortened. On the other hand, when the solder thickness is too thick, the thermal resistance at the solder portion increases, the power resistance is lowered, and the reliability is also adversely affected. Therefore, according to the solder thickness equalization technique based on the self-alignment effect of the semiconductor element 11 using the solder described above, a simple and highly reliable semiconductor device and a method for manufacturing the same can be provided.

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、各はんだ溜り部Pが略円形となるように形成しているが、はんだ溜り部Pの形状はこれに限定されない。すなわち、半導体素子11の各隅部外方に、互いに同一形状となるように設ける限りにおいては、はんだ溜り部Pの形状として矩形や角形など任意の形状を採用することができる。例えば、はんだ溜り部Pの形状として、図7に示すように、半導体素子11の各隅部外方に、矩形状の半導体素子11の対角線方向に放射状に伸びる形状(星形)を採用することができる。この構成によれば、はんだ溜り部Pの面積を増大させることなく、比較的小さな面積で隅部距離D2を長くすることができる。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications other than those described above can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, in the above embodiment, each solder reservoir P is formed to be substantially circular, but the shape of the solder reservoir P is not limited to this. That is, as long as it is provided outside the respective corners of the semiconductor element 11 so as to have the same shape, an arbitrary shape such as a rectangle or a square can be adopted as the shape of the solder reservoir P. For example, as the shape of the solder pool portion P, as shown in FIG. 7, a shape (star shape) radially extending in the diagonal direction of the rectangular semiconductor element 11 is adopted outside each corner of the semiconductor element 11. Can do. According to this configuration, the corner distance D2 can be increased with a relatively small area without increasing the area of the solder reservoir P.

また、上記実施形態では、クリームはんだを印刷する前にはんだダム25をヒートスプレッダ13上に形成しているが、これに限定されず、クリームはんだの印刷後にはんだダム25をヒートスプレッダ13上に形成してもよい。要は半導体素子11とヒートスプレッダ13とをはんだ付けする前にはんだダム25を形成すればよい。   Moreover, in the said embodiment, although the solder dam 25 is formed on the heat spreader 13 before printing cream solder, it is not limited to this, The solder dam 25 is formed on the heat spreader 13 after printing cream solder. Also good. In short, the solder dam 25 may be formed before the semiconductor element 11 and the heat spreader 13 are soldered.

また、上記実施形態では、ヒートスプレッダ13の回路基板15への実装はヒートスプレッダ13上に半導体素子11を実装した後(ヒートスプレッダ付き半導体素子の完成
後)に行っているが、これに限定されず、ヒートスプレッダ13上に半導体素子11を実装する前にヒートスプレッダ13を回路基板15に実装してもよい。この場合には、通常、回路基板15上の複数箇所にヒートスプレッダ13が実装されている状態で、ヒートスプレッダ13上にはんだダム25を形成するため、シルクスクリーン法では、はんだダム25の位置精度を確保することは困難である。しかしながら、この場合であっても、インクジェット法を用いてはんだダム25を形成することにより、各ヒートスプレッダ13上に高精度にはんだダム25を形成することができる。
In the above embodiment, the heat spreader 13 is mounted on the circuit board 15 after the semiconductor element 11 is mounted on the heat spreader 13 (after the completion of the semiconductor element with the heat spreader). However, the present invention is not limited to this. The heat spreader 13 may be mounted on the circuit board 15 before mounting the semiconductor element 11 on the circuit board 13. In this case, since the solder dam 25 is usually formed on the heat spreader 13 in a state where the heat spreader 13 is mounted at a plurality of positions on the circuit board 15, the silk screen method ensures the positional accuracy of the solder dam 25. It is difficult to do. However, even in this case, the solder dam 25 can be formed on each heat spreader 13 with high accuracy by forming the solder dam 25 using the ink jet method.

半導体素子下にヒートスプレッダを設けた半導体装置およびその製造方法に適用される。一般に端子電極を2以上有する部品(例えば、抵抗チップなど)では、両電極下のはんだが引っ張りあうことでセルフアライメント作用があることが知られているが、本発明が対象としている半導体素子では1つの下面電極しかないため、はんだによるセルフアライメント作用は期待できないとされていた。しかし、本発明によれば、このような半導体素子をヒートスプレッダ上に実装する際にも、はんだによるセルフアライメント作用を生じさせ、半導体素子の傾きを抑制することが可能となっている。   The present invention is applied to a semiconductor device provided with a heat spreader under a semiconductor element and a manufacturing method thereof. In general, it is known that a component having two or more terminal electrodes (for example, a resistor chip) has a self-alignment action by pulling the solder under both electrodes, but in the semiconductor element to which the present invention is applied, it is 1 Since there are only two bottom electrodes, it was thought that self-alignment by solder could not be expected. However, according to the present invention, even when such a semiconductor element is mounted on the heat spreader, a self-alignment effect by solder is generated, and the inclination of the semiconductor element can be suppressed.

この発明にかかる半導体装置の一実施形態を示す図である。It is a figure which shows one Embodiment of the semiconductor device concerning this invention. 図1の半導体素子の要部を示す部分構成図である。FIG. 2 is a partial configuration diagram illustrating a main part of the semiconductor element of FIG. 1. 隅部距離と半導体素子の傾きとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between corner part distance and the inclination of a semiconductor element. 半導体素子の傾きを説明するための図である。It is a figure for demonstrating the inclination of a semiconductor element. はんだの毛管長を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the capillary length of a solder. 図1の半導体素子の製造方法を示すフローチャートである。2 is a flowchart showing a method for manufacturing the semiconductor element of FIG. 1. はんだダムの形状の変形例を示す図である。It is a figure which shows the modification of the shape of a solder dam.

符号の説明Explanation of symbols

1…半導体装置
11…半導体素子
13…ヒートスプレッダ
15…回路基板
23,24…はんだ
25…はんだダム
251…辺部領域
252…隅部領域
D1…辺部距離
D2…隅部距離
P…はんだ溜り部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor device 11 ... Semiconductor element 13 ... Heat spreader 15 ... Circuit board 23, 24 ... Solder 25 ... Solder dam 251 ... Side part region 252 ... Corner part region D1 ... Side part distance D2 ... Corner part distance P ... Solder pool part

Claims (7)

ヒートスプレッダと、該ヒートスプレッダ上にはんだで接続される矩形状の半導体素子とを備えた半導体装置において、
前記ヒートスプレッダ上で、前記半導体素子の周囲を取り囲むように前記ヒートスプレッダ表面に対して突設された、溶融したはんだの流れを堰き止めるはんだダムをさらに備え、
前記はんだダムのうち、前記半導体素子の4隅部の各隅部の間に位置する辺部に面する辺部領域が前記半導体素子の辺部の近傍に沿うように該辺部に対して平行に形成され、前記半導体素子の隅部に面する隅部領域が前記半導体素子の隅部から離れて形成され、
前記半導体素子の各隅部外方に、互いに同一形状のはんだ溜り部を形成したことを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device comprising a heat spreader and a rectangular semiconductor element connected to the heat spreader with solder,
On the heat spreader, further comprising a solder dam protruding from the surface of the heat spreader so as to surround the periphery of the semiconductor element and blocking the flow of molten solder,
Among the solder dams, a side region facing a side located between the four corners of the semiconductor element is parallel to the side so that the side of the side is near the side of the semiconductor element. A corner region facing the corner of the semiconductor element is formed away from the corner of the semiconductor element;
A semiconductor device, wherein solder reservoirs having the same shape are formed outside each corner of the semiconductor element.
前記辺部領域における前記半導体素子の外縁から前記はんだダムまでの距離が0〜0.2mmである一方、前記隅部領域における前記半導体素子の頂点から外方に該頂点を通る対角線方向に伸びる直線とはんだダムが交わる点までの距離が1〜3mmであることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   While the distance from the outer edge of the semiconductor element to the solder dam in the side region is 0 to 0.2 mm, a straight line extending in a diagonal direction passing through the apex outward from the apex of the semiconductor element in the corner region 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a distance to a point where the solder dam intersects is 1 to 3 mm. 前記隅部領域における前記半導体素子の頂点から外方に該頂点を通る対角線方向に伸びる直線とはんだダムが交わる点までの距離が2mm以上であることを特徴とする請求項2記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 2, wherein a distance from a vertex of the semiconductor element in the corner region to a point where a solder dam intersects a straight line extending in a diagonal direction passing through the vertex is 3 mm or more. 前記半導体素子の一辺の長さをLとしたとき、
前記辺部領域の長さをL/2以上とし、残余を前記隅部領域としたことを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の半導体装置。
When the length of one side of the semiconductor element is L,
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein a length of the side region is set to L / 2 or more, and a remainder is set to the corner region.
ヒートスプレッダ上に搭載する矩形状の半導体素子を準備する準備工程と、
前記ヒートスプレッダ上で、前記半導体素子の搭載位置の周囲を取り囲むように樹脂材を塗布してはんだダムを形成するダム形成工程と、
前記はんだダムの内側にはんだを印刷するはんだ印刷工程と、
印刷されたはんだ上に前記半導体素子を搭載する素子搭載工程と、
前記はんだダムによりはんだの流れを堰き止めつつはんだを溶融、固化して前記半導体素子を前記ヒートスプレッダにはんだ付けするはんだ付け工程と
を備え、
前記ダム形成工程では、前記はんだダムのうち、前記半導体素子の4隅部の各隅部の間に位置する辺部に面する辺部領域が前記半導体素子の辺部の近傍に沿うように該辺部に対して平行に形成され、前記半導体素子の隅部に面する隅部領域が前記半導体素子の隅部から離れ前記半導体素子の各隅部外方に、互いに同一形状のはんだ溜り部が形成されるように、前記はんだダムを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
A preparation step of preparing a rectangular semiconductor element to be mounted on a heat spreader;
On the heat spreader, a dam forming step of forming a solder dam by applying a resin material so as to surround the periphery of the mounting position of the semiconductor element;
A solder printing process for printing solder inside the solder dam;
An element mounting step of mounting the semiconductor element on the printed solder;
A soldering step of melting the solder while solidifying the flow of solder by the solder dam and solidifying the semiconductor element to the heat spreader,
In the dam formation step, the solder dam has a side region facing a side located between the four corners of the semiconductor element along the vicinity of the side of the semiconductor element. A corner region facing the corner of the semiconductor element is formed in parallel to the side, and a solder reservoir portion having the same shape is formed outside the corner of the semiconductor element and away from the corner of the semiconductor element. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the solder dam is formed so as to be formed.
前記ダム形成工程は、
前記樹脂材として熱硬化性レジストを前記ヒートスプレッダ上に印刷するレジスト印刷工程と、
前記熱硬化性レジストを加熱硬化させる熱硬化工程と
を有することを特徴とする請求項5記載の半導体装置の製造方法。
The dam formation process includes
A resist printing step of printing a thermosetting resist on the heat spreader as the resin material;
6. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 5, further comprising a thermosetting step of heating and curing the thermosetting resist.
前記レジスト印刷工程では、インクジェット法を用いて20〜100μmの線幅で前記熱硬化性レジストを印刷する請求項6記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein, in the resist printing step, the thermosetting resist is printed with a line width of 20 to 100 μm using an inkjet method.
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Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012129336A (en) * 2010-12-15 2012-07-05 Fuji Electric Co Ltd Semiconductor device and manufacturing method of the same
JP2012195500A (en) * 2011-03-17 2012-10-11 Toshiba Corp Semiconductor device and manufacturing method of the same
JP2012222128A (en) * 2011-04-08 2012-11-12 Nichicon Corp Power module
JP2014232839A (en) * 2013-05-30 2014-12-11 新電元工業株式会社 Structure and method for connecting electronic component
US9437520B2 (en) 2013-03-13 2016-09-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Semiconductor device including a semiconductor element and a fixed member to which the semiconductor element is fixed
JP2017212354A (en) * 2016-05-26 2017-11-30 ローム株式会社 LED module
JP2019087656A (en) * 2017-11-08 2019-06-06 三菱電機株式会社 Optical module and method of manufacturing the same
JP2021044456A (en) * 2019-09-12 2021-03-18 富士電機株式会社 Semiconductor device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001185664A (en) * 1999-12-24 2001-07-06 Toshiba Corp Ceramic circuit board
JP2002353255A (en) * 2001-05-30 2002-12-06 Moric Co Ltd Land pattern for soldering semiconductor chip
JP2006049777A (en) * 2004-08-09 2006-02-16 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor integrated device
WO2009019091A1 (en) * 2007-08-09 2009-02-12 Robert Bosch Gmbh Unit and production of a unit
JP2009158787A (en) * 2007-12-27 2009-07-16 Mitsubishi Electric Corp Power semiconductor device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001185664A (en) * 1999-12-24 2001-07-06 Toshiba Corp Ceramic circuit board
JP2002353255A (en) * 2001-05-30 2002-12-06 Moric Co Ltd Land pattern for soldering semiconductor chip
JP2006049777A (en) * 2004-08-09 2006-02-16 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor integrated device
WO2009019091A1 (en) * 2007-08-09 2009-02-12 Robert Bosch Gmbh Unit and production of a unit
JP2009158787A (en) * 2007-12-27 2009-07-16 Mitsubishi Electric Corp Power semiconductor device

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012129336A (en) * 2010-12-15 2012-07-05 Fuji Electric Co Ltd Semiconductor device and manufacturing method of the same
JP2012195500A (en) * 2011-03-17 2012-10-11 Toshiba Corp Semiconductor device and manufacturing method of the same
US8653651B2 (en) 2011-03-17 2014-02-18 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor apparatus and method for manufacturing the same
JP2012222128A (en) * 2011-04-08 2012-11-12 Nichicon Corp Power module
US9437520B2 (en) 2013-03-13 2016-09-06 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Semiconductor device including a semiconductor element and a fixed member to which the semiconductor element is fixed
JP2014232839A (en) * 2013-05-30 2014-12-11 新電元工業株式会社 Structure and method for connecting electronic component
JP2017212354A (en) * 2016-05-26 2017-11-30 ローム株式会社 LED module
JP2019087656A (en) * 2017-11-08 2019-06-06 三菱電機株式会社 Optical module and method of manufacturing the same
JP2021044456A (en) * 2019-09-12 2021-03-18 富士電機株式会社 Semiconductor device
JP7404726B2 (en) 2019-09-12 2023-12-26 富士電機株式会社 semiconductor equipment

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